一种钢筋混凝土柱的加固系统及加固方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钢筋混凝土柱的加固系统及加固方法，在需要加强的钢筋混凝土柱上侧壁保护层上进行竖向加开加固开槽，并且在加固开槽内涂抹填充材料；先用填充材料将清理干净的加固开槽填充至一半，放入铝合金筋，将加固开槽压入填充材料内，再通过填充材料填满加固开槽，进行压实并抹平，使钢筋混凝土柱与铝合金筋形成一体，采用近表面加固的方法，使得加固筋与混凝土粘结面积增大，减小了粘结剥离破坏的可能性，改善了加固筋和混凝土的粘结性能，利用铝合金筋自身的特性，能够显著提高加固柱的耗能能力，减小混凝土柱受力后的残余变形，提高构件的损伤自修复能力。

【技术实现步骤摘要】
一种钢筋混凝土柱的加固系统及加固方法
本专利技术涉及建筑结构和桥梁结构领域，尤其涉及的是一种钢筋混凝土柱的加固系统及加固方法。
技术介绍
在钢筋混凝土结构中，混凝土柱作为主要的受力构件，起着承受荷载和传递荷载的重要作用，是影响建筑结构倒塌破坏的重要构件，其安全性直接决定了整个混凝土结构的安全性能。第一方面，由于设计规范等级提高、施工质量差、服役时间增长、结构超载、疲劳荷载作用下、侵蚀环境下钢筋锈蚀引起结构性能退化等人为或自然灾害因素的影响，导致建筑结构在中震和大震中极易发生倒塌破坏造成人民财产安全损失。因此，出于安全考虑，延长钢筋混凝土结构的使用寿命，对有诸多钢筋混凝土柱进行修复加固成为亟待解决的关键问题。第二方面，地震作为人类长期以来面临的一种危害性极强的自然灾害，具有特发性和不可预测性，地震所造成的大量人员伤亡以及建筑物的破坏，会对社会和经济造成极大的冲击。震后需对桥梁、重要建筑(如医院、政府、学校等)等生命线工程立即修复使用，为人民群众提供抗震救灾平台。对于某些地震中未发生倒塌的建筑结构和桥梁结构，推倒重建严重浪费资源，可对其进行性能评估后实施修复加固，继续投入使用。钢筋混凝土柱的常见修复加固方法有增大截面面积法、粘贴钢板法、粘贴纤维复合材料法和近表面加固法。其中增大截面法不仅新旧混凝土之间的粘结性能不好，占用建筑空间较多，而且还改变了柱的整体外形，影响美观。粘贴钢板法存在防火性差，钢板裸露在外已锈蚀锈蚀，从而削弱加固效果，引起耐久性差等问题。粘贴纤维复合材料法包括粘贴纤维复合材料(Fibrereinforcedpolymers，简称FRP)条带和粘贴FRP板。采用FRP条带对钢筋混凝土柱进行环保加固，此方法仅仅是通过约束提高混凝土强度以达到加固效果，强度提高有限，且FRP材料暴露在外部容易遭受磨损、撞击、火灾、高温、高湿、风华、冻融等外部的不利影响，而出现断裂失去加固效果，进而出现突然卸载的情况，造成钢筋混凝土突然破坏，威胁人民的生命财产安全。采用FRP板粘贴加固混凝土柱，此方法中加固材料与混凝土柱之间的粘结界面容易出现破坏而造成加固材料不能充分利用，且存在严重的应变滞后效应，浪费材料，影响加固效果。近表面加固法，是指在待加固柱受力层保护层内开槽，把结构胶或者砂浆等填充材料注入槽内，然后放入加固筋，最后用填充材料将槽洞填满，压实并抹平，此方法能较好的提高混凝土柱的承载力，对加固材料有很好的保护作用。但是该加固方法为了实现耐腐蚀性一般采用FRP筋，但是FRP筋为脆性材料，会使加固柱最终会发生脆性破坏，形成安全隐患。上述加固结构和加固系统在受荷(疲劳荷载、地震等)后，钢筋混凝土柱的残余变形大，严重影响建筑结构或桥梁结构的继续使用。找到一种施工简单方便，耐久性好，且能实现钢筋混凝土柱的半主动控制，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钢筋混凝土柱的加固系统及加固方法，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钢筋混凝土柱的加固系统，钢筋混凝土柱下端设置有地基基础，包括铝合金筋和填充材料，钢筋混凝土柱侧壁开设有竖向的加固开槽，加固开槽延伸至地基基础内，铝合金筋置于加固开槽内，铝合金筋与加固开槽之间通过填充材料填充。进一步的，填充材料为加固用结构胶或纤维增强水泥基复合材料。进一步的，加固开槽内的铝合金筋位于地基基础内部分长度为l1，加固开槽位于地基基础上端部分长度为l2，l1长度为15～20d，d为铝合金筋直径，l2长度为：fs为铝合金筋的抗拉强度，As为所有铝合金筋的截面面积，τav为铝合金筋的平均粘结强度；加固开槽的槽洞之间的净距大于等于4d，槽洞边缘距钢筋混凝土柱边缘大于等于30mm。进一步的，钢筋混凝土柱的外侧进行环包FRP布。进一步的，加固开槽的两端开设有垂直于加固开槽的锚孔，一个锚孔位于钢筋混凝土柱内，另一个锚孔位于地基基础内，铝合金筋两端设有用于插入锚孔的折弯，铝合金筋与锚孔通过结构胶填充。一种钢筋混凝土柱的加固方法，包括以下步骤：步骤1)、在需要加强的钢筋混凝土柱上进行竖向加开加固开槽；步骤2)、在加固开槽内涂抹填充材料；步骤3)、在涂抹填充材料后的加固开槽内放入铝合金筋，再通过填充材料进行填平压实，即可完成钢筋混凝土柱的加固。进一步的，将钢筋混凝土柱表面进行打磨，将打磨过的钢筋混凝土柱表面凹凸不平处填补平整，在钢筋混凝土柱表面涂抹结构胶，然后放置FRP布，用滚筒沿纤维方向多次滚压，挤出气泡，使结构胶充分浸透FRP布，在环包过程中搭接长度至少为200mm；或者将钢筋混凝土柱表面进行打磨，将打磨过的钢筋混凝土柱表面凹凸不平处填补平整，在钢筋混凝土柱表面涂抹结构胶，将FRP布围绕钢筋混凝土柱表面旋转缠绕，缠绕方式成螺旋式上升，各圈之间紧密相连，一直缠绕至柱顶为一层结束，再刷上树脂，使用罗拉均匀滚动挤压，一层完成以后再进行下一层的循环。进一步的，步骤2)中涂抹填充材料前对加固开槽内壁进行凿毛处理。进一步的，铝合金筋为7075铝合金。进一步的，将铝合金筋表面进行粗糙处理：将磨料高速喷射到铝合金筋表面，使其表面粗糙度达到25～420μm，或者将铝合金筋表面进行刻痕处理，或者将铝合金筋加工制作成带螺纹筋或用套丝机将成型将铝合金筋进行套丝处理后进行氧化处理。进一步的，填充材料填充过程中，先用填充材料将清理干净的加固开槽填充至一半，放入铝合金筋，将加固开槽压入填充材料内，再通过填充材料填满加固开槽，进行压实并抹平。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种钢筋混凝土柱的加固系统，通过在钢筋混凝土柱的侧壁保护层上开设加固开槽，然后利用填充材料将铝合金筋固定在加固开槽内，使钢筋混凝土柱与铝合金筋形成一体，铝合金筋强度可达600MPa以上，变形性能优异，极限变形为8％～10％，是一种高强延性金属材料，可在根本上解决近表面加固柱脆性破坏的问题，能够显著提高加固柱的耗能能力，减小混凝土柱受力后的残余变形，提高构件的损伤自修复能力，做到了地震后结构功能的快速恢复，实现了钢筋混凝土柱的半主动控制。进一步的，采用纤维增强水泥基复合材料作为填充材料，具有速凝、强度高等优点，还可延长加固寿命，提高耐久性，最为重要的一点为可代替结构胶使用，大大降低造价。进一步的，加固开槽的两端开设有垂直于加固开槽的锚孔，一个锚孔位于钢筋混凝土柱内，另一个锚孔位于地基基础内，铝合金筋两端设有用于插入锚孔的折弯，铝合金筋与锚孔通过结构胶填充，增加了铝合金筋与钢筋混凝土柱的连接稳定，采用端部自锚的锚固形式，可充分利用铝合金高延性的材料特性，一方面可避免加固结构发生剥离破坏，改变混凝土柱的破坏模式，改善加固柱的延性；另一方面可以很大程度地减小FRP布环包所需的大量表面处理工作。一种钢筋混凝土柱的加固方法，在需要加强的钢筋混凝土柱侧壁的保护层上进行竖向加开加固开槽，并且在加固开槽内涂抹填充材料，先用填充材料将清理干净的加固开槽填充至一半，放入铝合金筋，将加固开槽压入填充材料内，再通过填充材料填满加固开槽，进行压实并抹平，使钢筋混凝土柱与铝合金筋形成一体，利用铝合金筋自身的超弹性、高阻尼、大应变、抗疲劳性能和抗腐蚀的能力，能够显著提高加固柱的耗能能力，减小混凝土柱受力后的残余变形，提高构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢筋混凝土柱的加固系统，钢筋混凝土柱(1)下端设置有地基基础(6)，其特征在于，包括铝合金筋(2)和填充材料(3)，钢筋混凝土柱(1)侧壁的保护层内开设有竖向的加固开槽(4)，加固开槽(4)延伸至地基基础(6)内，铝合金筋(2)置于加固开槽(4)内且两端分别位于地基基础(6)内和地基基础(6)上端，铝合金筋(2)与加固开槽(4)之间通过填充材料(3)填充。

【技术特征摘要】
1.一种钢筋混凝土柱的加固系统，钢筋混凝土柱(1)下端设置有地基基础(6)，其特征在于，包括铝合金筋(2)和填充材料(3)，钢筋混凝土柱(1)侧壁的保护层内开设有竖向的加固开槽(4)，加固开槽(4)延伸至地基基础(6)内，铝合金筋(2)置于加固开槽(4)内且两端分别位于地基基础(6)内和地基基础(6)上端，铝合金筋(2)与加固开槽(4)之间通过填充材料(3)填充。2.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土柱的加固系统，其特征在于，填充材料为加固用结构胶或纤维增强水泥基复合材料。3.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土柱的加固系统，其特征在于，加固开槽(4)内的铝合金筋(2)位于地基基础(6)内部分长度为l1，加固开槽(4)位于地基基础(6)上端部分长度为l2，l1长度为15～20d，d为铝合金筋直径，l2长度为：fs为铝合金筋的抗拉强度，As为所有铝合金筋的截面面积，τav为铝合金筋的平均粘结强度；加固开槽(4)的槽洞之间的净距大于等于4d，槽洞边缘距钢筋混凝土柱边缘大于等于30mm。4.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于，钢筋混凝土柱(1)的外侧进行环包FRP布。5.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于，加固开槽(4)的两端开设有垂直于加固开槽(4)的锚孔(7)，一个锚孔(7)位于钢筋混凝土柱内，另一个锚孔(7)位于地基基础内，铝合金筋(2)两端设有用于插入锚孔(7)的折弯，铝合金筋(2)与锚孔(7)通过结构胶填充。6.一种钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、在需要加强的钢筋混凝土...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢国华，常召群，武名阳，王志萌，于晓光，吴涛，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61